Publication: Comparative study of electrochemical transducer fabrication methods with glucose oxidase as recognition layer
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Nurul Izzati Ramli | en_US |
dc.contributor.supervisor | Wan Wardatul Amani Wan Salim, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Mohd Firdaus Abd. Wahab, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-08T03:17:32Z | |
dc.date.available | 2024-10-08T03:17:32Z | |
dc.date.issued | 2020 | |
dc.description.abstract | Combination of reduced graphene oxide (rGO) with a conductive polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) is promising as transducer material for electrochemical biosensors. However, fundamental research into this composite behaviour is essential for generating the necessary scientific understanding to realize a non-invasive glucose monitoring approach. In this study, the rGO-PEDOT:PSS modified electrodes were fabricated with four different methods (method A, B, C, and D) where the fabrication parameters such as reduction cycles, sequence and glucose oxidase immobilisation techniques were varied. The aim is to elucidate how these fabrication parameters can affect the electrochemical reversibility, mass transport properties, heterogeneous electron transfer rate constant (k⁰) and effective surface area (Aeff) of rGO-PEDOT:PSS materials in which can be determined from cyclic voltammetry (CV). This study also utilized machine learning algorithm to model the data from CV results where the most accurate model was used to analyse the interaction strength between the input and output data. From the electrochemical analysis, the ferri/ferrocyanide redox couple [Fe(CN)6]3-/4- shows quasi-reversible and diffusion-controlled behaviour on rGO-PEDOT:PSS-modified SPCEs of all fabrication method. In terms of k⁰, each fabrication methods generated different trend of k⁰ value with increasing reduction cycles. Overall, the range of k⁰ for rGO-PEDOT:PSS-modified SPCE are from 0.52 x10-5 to 4 x10-5 cm/s. We also found that the highest Aeff value with respect to fabrication method were obtained from different number of reduction cycles. Fabrication method A gave the highest Aeff when the composite was reduced for 5 reduction cycles (16.41 cm2). For methods B and D, the highest Aeff obtained was for 30 reduction cycles (17.48 cm2 for method B and 6.43 cm2 for method D) while for method C, the highest Aeff value was obtained for 15 reduction cycles (21.41 cm2). For SVM analysis, data from CV (ΔEp and Ipc) and the fabrication parameters were used to construct a prediction model. Linear and non-linear kernels were compared, and the best performance was showed by radial basis function (RBF) kernel with a perfect accuracy of 100%. The RBF kernel was then used to measure the interaction between input and output variables in which the kernel model demonstrated the strongest interaction between reduction cycles and ΔEp. In conclusion, this study reveals the effect of fabrication parameters on electrochemical characteristics of rGO-PEDOT:PSS-modified SPCEs and the capability of machine learning algorithm to model data and provide deeper insights on the fabrication process, opening a new route for development of non-invasive glucose biosensors. | en_US |
dc.description.abstractarabic | يُعد مركب أكسيد الجرافين المختزل (rGO) مع البوليمر الموصل بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين): بولي (ستايرين سلفونات) (PEDOT: PSS) أحد المركبات الواعدة لكونها مادة محولة لأجهزة الاستشعار الحيوية الكهروكيميائية. ومع ذلك، فإن البحث الأساسي في سلوك هذا المركب ضروري لتوليد الفهم العلمي المطلوب لتحقيق نهج غير غازي لمراقبة الجلوكوز. تم تصنيع أقطاب rGO-PEDOT: PSS المعدلة في هذه الدراسة بأربع طرق مختلفة (الطريقة A و B و C و D) حيث اختلفت معاملات التصنيع مثل دورات الاختزال والتسلسل وتقنيات تثبيت أوكسيداز الجلوكوز. والهدف يكمن في توضيح كيفية تأثير عوامل التصنيع على ثابت معدل التفاعل (k⁰) ومنطقة السطح الفعالة (Aeff) الخاص بمواد rGO-PEDOT:PSS التي يمكن تحديدها من المقياس الفولطي الدوري (CV). استخدمت هذه الدراسة أيضًا خوارزمية التعلم الآلي لنمذجة بيانات نتائج المقياس الفولطي الدوري حيث تم استخدام النموذج الأكثر دقة لتحليل قوة التفاعل بين بيانات الإدخال والإخراج. وبالنظر إلى التحليل الكهروكيميائي، يُظهر زوجا الأكسدة والاختزال فيري / فيروسيانيد [Fe(CN)6]3-/4- سلوك شبه قابل للعكس والتحكم في الانتشار على rGO-PEDOT: PSS المعدلة من SPCE لجميع طرق التصنيع.أما من حيث k⁰ ، فكل طرق التصنيع انتجت اتجاهات مختلفًا لقيمة k⁰ مع زيادة دورات الإرجاع. بشكل عام ، يتراوح نطاق k⁰ لـ rGO-PEDOT:PSS المعدل ما بين0.52 x10-5 إلى 4 x10-5 سم في الثانية. وقد وجدنا أيضًا أنه تم الحصول على أعلى قيمة لـ Aeff فيما يتعلق بطريقة التصنيع من عدد مختلف من دورات الاختزال. أعطت طريقة التصنيع A أعلى نسبة Aeff عندما تم تخفيض المركب إلى 5 دورات إرجاع (16.41 سم2). أما بالنسبة للطريقتين B و D ، فإن أعلى Aeff تم الحصول عليه مع 30 دورة إرجاع (17.48 سم2 للطريقة B و 6.43 سم2 للطريقة D) بينما بالنسبة للطريقة C ، فتم الحصول على أعلى قيمة Aeff مع 15 دورة إرجاع (21.41 سم2). بالنسبة لتحليل شعاع الدعم الآلي، تم استخدام بيانات المقياس الفولطي الدوري ((ΔEp and Ipc وعوامل التصنيع لبناء نموذج تنبؤ. تمت مقارنة النوى الخطية وغير الخطية، وأظهت نواة وظيفة الأساس الشعاعي (RBF) أفضل أداء بدقة مثالية بنسبة 100٪. ثم تم استخدام نواة RBF لقياس التفاعل بين متغيرات المدخلات والمخرجات حيث أظهر نموذج النواة أقوى تفاعل بين دورات الاختزال و ΔEp. وفي النهاية، تكشف هذه الدراسة عن تأثير عوامل التصنيع على الخصائص الكهروكيميائية لـ rGO-PEDOT: PSS المعدلة SPCEs ، وقدرة خوارزمية التعلم الآلي على نمذجة البيانات وتقديم رؤى أعمق حول عملية التصنيع ، وفتح طريق جديد لتطوير أجهزة الاستشعار الحيوية للجلوكوز غير الغازية. | en_US |
dc.description.callnumber | t R 857 T7 N974C 2020 | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Comparative study of electrochemical transducer fabrication methods with glucose oxidase as recognition layer /by Nurul Izzati Binti Ramli | en_US |
dc.description.identity | t11100428493NurulIzzatiBintiRamli | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | en_US |
dc.description.nationality | Malaysian | en_US |
dc.description.notes | Thesis (MSBTE)--International Islamic University Malaysia, 2020. | en_US |
dc.description.physicaldescription | xx, 134 leaves : colour illustrations ; 30cm. | en_US |
dc.description.programme | Master of Science (Biotechnology Engineering) | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/7066 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2020 | en_US |
dc.subject.lcsh | Transducers, Biomedical | en_US |
dc.subject.lcsh | Biosensors | en_US |
dc.title | Comparative study of electrochemical transducer fabrication methods with glucose oxidase as recognition layer | en_US |
dc.type | Master Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
Original bundle
License bundle
1 - 1 of 1